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Revista ingeniería de construcción

On-line version ISSN 0718-5073

Rev. ing. constr. vol.27 no.1 Santiago  2012

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-50732012000100004 

Revista Ingeniería de Construcción Vol. 27 No1, Abril de 2012 www.ricuc.cl PAG. 57 - 74

Evaluación de los parámetros mecánicos de una mezcla asfáltica sometida a las condiciones ambientales de la ciudad de Bogotá D.C.

 

Hugo Alexander Rondón Quintana*1, Fredy Alberto Reyes Lizcano**

* Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá D.C. COLOMBIA

** Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá D.C. COLOMBIA

Dirección de Correspondencia


RESUMEN

El artículo presenta el cambio que experimenta el módulo resiliente, la deformación permanente y la resistencia a fatiga de una mezcla de concreto asfáltico cuando es expuesta a las condiciones climáticas de la ciudad de Bogotá D.C. (Colombia) durante 47-48 meses. Las mezclas fueron fabricadas utilizando dos cementos asfálticos (CA) fabricados en Colombia: CA 80-100 y CA 60-70. La tendencia general de las mezclas con el tiempo de exposición es experimentar un aumento en los valores de rigidez debido principalmente a procesos de endurecimiento por envejecimiento del ligante asfáltico. El aumento en rigidez genera incremento en la resistencia al fenómeno de ahuellamiento y en la vida de fatiga de la mezcla analizada cuando ésta sea utilizada para conformar capas asfálticas gruesas en el pavimento. Con base en la evolución del módulo resiliente con el tiempo de exposición al medio ambiente se propone una ecuación para predecir de manera aproximada el cambio que experimenta la vida a fatiga de la mezcla.

Palabras Clave: Módulo resiliente, ley de fatiga, envejecimiento, mezcla asfáltica densa en caliente, cemento asfáltico


1. Introducción 

Los principales mecanismos de degradación que se intentan controlar en las metodologías empíricas y mecanicistas de diseño de pavimentos son la fatiga y el exceso de deformación permanente en la dirección vertical (ahuellamiento) (p.e., Shell, 1978; TAI, 1982; AUSTROADS, 1992; AASHTO, 1993, TRL, 1993; HMSO, 1994; Instituto de Desarrollo Urbano y Universidad de Los Andes, 2002; MEPDG, 2004). El fenómeno de fatiga por cargas cíclicas vehiculares ocurre en las capas ligadas, y para el caso de estructuras flexibles, se presenta cuando se generan valores elevados de deformación a tracción en la zona inferior de la capa asfáltica. El paso continuo de vehículos hace que la capa asfáltica flexione, generando esfuerzos de tensión en el extremo inferior de la misma.

Esta repetición de carga hace que la mezcla asfáltica pierda rigidez y origina la aparición de deformaciones plásticas a tracción que a su vez conducen a la formación de microfisuras. Ante la continuidad de las repeticiones de carga y la disminución de la rigidez se produce la coalescencia de las microfisuras que lleva a la formación de una fisura visible (macrofisura). Si el fenómeno de fatiga es debido a cargas, las macrofisuras se originan en el extremo inferior de la capa asfáltica (zona donde el esfuerzo de tensión es mayor) y se propagan de manera ascendente hacia la superficie del pavimento en donde se reflejan como fisuras paralelas direccionadas en el sentido longitudinal de la vía, las cuales ante la repetición de las cargas de tránsito se propagan formando piezas angulares que desarrollan un aspecto parecido a la piel de cocodrilo. Si este fenómeno ocurre por temperatura el efecto de propagación de fisuras ocurre de manera contraria, las microfisuras se generan desde la rasante y se extiende hacia la fibra inferior de la capa asfáltica. Por otro lado, el ahullamiento es la deformación vertical residual que se va acumulando debido al paso de los vehículos la cual puede generar fallas estructurales o funcionales en el pavimento. En una capa asfáltica, este fenómeno se controla principalmente a través de la rigidez (módulo dinámico o resiliente) de la mezcla que la conforma.

En Colombia son escasas las investigaciones que se han realizado sobre el fenómeno de fatiga en mezclas asfálticas debido principalmente a la falta de equipos apropiados para llevar a cabo mediciones en campo y en laboratorio, y al escaso presupuesto destinado para actividades de investigación. Esta situación explica la falta de conocimiento sobre el tema y la inexistencia de un modelo propio que caracterice el comportamiento a la fatiga a partir de las propiedades (mecánicas, químicas, reológicas y físicas) de los materiales, las condiciones del medio ambiente y el comportamiento del tráfico.

En general, los ensayos de fatiga de mezclas asfálticas consisten en someter una muestra, de geometría específica, a solicitaciones repetitivas e idénticas para determinar el número de ciclos de carga que puede soportar (Di Benedetto y De la Roche, 2005). Este número de ciclos de carga soportados antes de la falla, se denomina vida a la fatiga. De acuerdo con Epps y Monismith (1972), Rao Tangella et al. (1990) y Di Benedetto et al. (2004)Di Benedetto y De la Roche (2005), la respuesta a la fatiga de mezclas asfálticas se ve afectada principalmente por:

• Métodos de compactación de la muestra.

• Modo de carga y el tipo de ensayo aplicado.

• Parámetros de diseño de la mezcla.

• Variables asociadas al medio ambiente.

Un estado del conocimiento más detallado sobre el fenómeno de fatiga en mezclas asfálticas puede ser consultado en González y Vásquez (2009).

Por otro lado, los principales factores que afectan la durabilidad de mezclas asfálticas, asumiendo que se encuentran bien construidas son: la edad de envejecimiento y el daño por humedad (Airey, 2003). Es decir, una mezcla asfáltica debe ser diseñada y construida no solo para que resista las cargas impuestas por el tránsito sino también la acción del medio ambiente. Cuantificar la influencia que tiene el ambiente sobre el comportamiento de este tipo de material no es una tarea fácil. La forma como se realiza actualmente es separando cada uno de los componentes que lo conforman (agua, temperatura y rayos ultra-violeta entre otros) y evaluar la influencia de cada uno de ellos (desde el punto de vista mecánico y químico) de manera separada sobre el ligante y las mezclas (Kemp y Predoehl, 1981; Welborn, 1984; Kim et al., 1987; Shiau et al., 1991; Bishara et al., 2000; Bocci y Cerni, 2000; Brown y Scholz, 2000; Khalid y Walsh, 2000; Khalid, 2002; Airey, 2003; Said, 2005; Shen et al., 2006). Adicionalmente por lo general estos estudios utilizan ensayos y equipos (p.e., hornos para ensayo de película delgada del tipo TFOT o rotatorios RTFOT, microondas, vasijas de envejecimiento de ligantes a presión PAV) que no pueden reproducir totalmente la influencia que tiene cada uno de los componentes del ambiente sobre las propiedades mecánicas y reológicas de las mezclas y los ligantes asfálticos (Jemison et al., 1991; Choquet y Verhasselt, 1992; Kuppens et al., 1997; Verhasselt, 1997). Incluso la mayor parte de las investigaciones combinan estos ensayos y equipos para intentar evaluar la forma como cambian las propiedades de estos materiales cuando experimentan condiciones reales del ambiente (Jemison et al., 1991; Migliori y Corté, 1998; Montepara, 1999; Montepara y Giuliani, 2000; Airey, 2003). En conclusión general se reporta que estas metodologías de ensayo tienen como limitación principal que son incapaces aún de reproducir las condiciones reales a las cuales están expuestas las mezclas asfálticas in situ. Una forma de medir in situ la influencia que tiene el ambiente en el comportamiento de mezclas asfálticas es realizando tramos de prueba o pistas de prueba a escala.

La limitación de este tipo de pruebas radica en que son costosas y en ellas no se puede medir de manera directa y por separado, la influencia que tienen las cargas vehiculares y el ambiente.

Por todo lo anteriormente expuesto, en este artículo se presenta un estudio que tiene como objetivo principal evaluar la influencia que tienen las condiciones ambientales de la ciudad de Bogotá D.C. (Colombia) sobre la rigidez y la resistencia a fatiga de una mezcla densa en caliente tipo MDC-2 (de acuerdo a las especificaciones del Instituto Nacional de Vías - INVIAS, 2007). Se optó por analizar este tipo de mezcla debido a que son las más utilizadas en Colombia para conformar capas de rodadura las cuales son las que se encuentran sometidas de manera directa a las condiciones del ambiente. De la misma forma, las condiciones climáticas de Bogotá D.C. fueron escogidas debido principalmente a que la ciudad se encuentra en una zona donde se presentan las siguientes condiciones ambientales en un día determinado: clima predominantemente frío con temperaturas mínimas y máximas promedio de 5°C y 19°C respectivamente y presencia de lluvias periódicas en cualquier momento del día. Con el fin de entender con mayor precisión la influencia del ambiente en el comportamiento de mezclas asfálticas, en futuras investigaciones se analizarán otros climas diferentes. En este artículo se presentan los resultados de los primeros 47-48 meses del proyecto y se evaluaron mezclas fabricadas con los dos CA fabricados en Colombia: CA 60-70 y CA 80-100. Con respecto al clima, estos ligantes son utilizados cuando la temperatura media anual promedio de la zona donde se construirá la capa asfáltica es superior e inferior a 24°C respectivamente (INVIAS, 2007).

Para evaluar la influencia del medio ambiente sobre los parámetros mecánicos de la mezcla se realizaron ensayos de caracterización dinámica como son el de módulo resiliente, resistencia a la deformación permanente y ley de fatiga. Los ensayos de fatiga fueron realizados bajo esfuerzo controlado. La Tabla 1 resume las principales diferencias observadas entre los ensayos bajo esfuerzo controlado y deformación controlada.

Tabla 1. Comparación de los ensayos bajo esfuerzo controlado y deformación controlada (Epps y Monismith, 1972;Di Benedetto y De la Roche, 2005)

Actualmente, el grupo de investigación a través de un estudio a nivel de doctorado se encuentra evaluando el efecto de cada uno de los componentes del medio ambiente bogotano y las cargas sobre la mezcla que se evaluó en este estudio. Para el grupo era importante conocer el comportamiento a nivel macro (todos los componentes del ambiente) para luego poder describir y entender con mayor claridad lo que se va a encontrar en los estudios a nivel micro (componentes por separado).

 

2. Metodología

Diseño de mezclas asfálticas y caracterización de materiales.

El agregado pétreo empleado para la elaboración de las mezclas asfálticas para el ensayo Marshall (llamadas briquetas) es procedente de la cantera "Subachoque" (Cundinamarca, Colombia). A estos materiales se le realizaron los siguientes ensayos, siguiendo las especificaciones del Instituto Nacional de Vías (2007a): Análisis granulométrico de agregados gruesos y finos (INV. E - 213), peso específico y absorción de agregados finos (INV. E - 222), peso específico y absorción de agregados gruesos (INV. E - 223), resistencia al desgaste de los agregados (tamaños menores de 3/4") por medio de la máquina de Los Ángeles (INV. E - 218), desgaste Micro-Deval (INV. E-238), pérdida en ensayo de solidez (INV. E-220), partículas fracturadas (INV. E - 227), ensayo para medir el equivalente de arena (INV. E - 133) e índices de alargamiento y aplanamiento (INV. E-230). Los resultados de estos ensayos se presentan en la Tabla 2 y se observa que los valores cumplen con los requisitos mínimos de calidad exigidos por las especificaciones INVIAS (2007) para fabricar mezclas tipo MDC-2 para capas de rodadura.

Tabla 2. Caracterización de los agregados

A los cementos asfálticos CA 80-100 y CA 6070 se le realizaron los ensayos típicos que exige la especificación INVIAS (2007) para caracterizarlo como son: penetración (ASTM D-5), viscosidad absoluta (ASTM D-4402), ductilidad (ASTM D-113), solubilidad en tricloroetileno (ASTM D-2042), contenido de agua (ASTM D-95), punto de ablandamiento (INV. E-712) y ensayos al residuo luego del ensayo de película delgada en horno rotatorio (RTFOT por sus siglas en inglés, ASTM D-2872). Los resultados de estos ensayos se presentan en las Tablas 3 y 4.

Luego de realizar los ensayos al agregado pétreo y a los cementos asfálticos se fabricaron cinco briquetas (compactadas a 75 golpes por cara) por cada porcentaje de asfalto entre 4.5 y 6.5 %, con el fin de realizar el diseño Marshall (INV. E-748, INVIAS, 2007a) para determinar el contenido óptimo de asfalto de la mezcla. Para cumplir con las especificaciones del INVIAS (2007) y fabricar mezclas asfálticas tipo MDC-2, se modificó la granulometría original de los agregados, tomando como referencia los valores promedios en porcentajes de la franja granulométrica que exige la especificación para la elaboración de las briquetas del ensayo Marshall.

Los cálculos obtenidos del ensayo Marshall están registrados en las tablas 5-6. Los porcentaje óptimos de cemento asfáltico de acuerdo con los datos de las tablas 5-6 son de 5.3% y 5.6% para el caso de mezclas fabricadas con CA 80-100 y CA 60-70 respectivamente. En estos porcentajes se están cumpliendo los requisitos mínimos exigidos por la especificación INVIAS (2007) para MDC-2 y tránsitos tipo NT1 y/o NT2 (bajos y medios volúmenes de tránsito).

Tabla 3. Características generales del cemento asfáltico

 

Tabla 4. Características generales del cemento asfáltico

 

Tabla 5. Resumen del ensayo Marshall para mezcla asfàltica MDC-2 con CA 80-100

 

Tabla 6. Resumen ensayo Marshall para mezcla asfàltica MDC-2 con CA 60-70

 

Fase experimental.

Luego de realizar el diseño Marshall se elaboraron las briquetas (180 por tipo de CA) de mezcla asfáltica tipo MDC-2 necesarias para exponerlas al ambiente de la ciudad de Bogotá D.C., utilizando el contenido óptimo de CA. Estas muestras fueron colocadas en el techo de un edificio de la ciudad de Bogotá D.C.

Durante los primeros 47-48 meses del proyecto, cada tres meses a estas briquetas se les han realizado ensayos de módulo resiliente y resistencia a la deformación permanente para evaluar la evolución de estos parámetros con el tiempo de exposición al medio ambiente. El ensayo de módulo resiliente (INV. E-749, INVIAS, 2007a) ha sido realizado bajo tres temperaturas (10, 20 y 30°C) y frecuencias de carga (2.5, 5.0 y 10.0 Hz) utilizando un equipo Nottingham Asphalt Tester (NAT), y el de resistencia a la deformación permanente bajo carga repetida fue realizado bajo un esfuerzo de 100 kPa y a 3600 ciclos de carga siguiendo el procedimiento normalizado por EN 12697-22 (CEN, 2005). Con los resultados de estos ensayos se desarrolló una ecuación empírica para predecir la evolución de la rigidez de la mezcla analizada con el tiempo de exposición al medio ambiente.

Para evaluar la influencia del medio ambiente de la ciudad de Bogotá D.C. sobre la resistencia a fatiga de la mezcla estudiada, se ejecutaron dos fases:

1. Fase 1: se analizaron 360 ensayos de fatiga y módulo resiliente realizados sobre muestras de mezclas de concreto asfáltico tipo MDC-1, MDC-2 y MDC-3 (acordes con INVIAS, 2007) fabricadas con CA 80-100. El análisis se realizó con el fin de determinar la evolución de la resistencia a fatiga de las mezclas con la rigidez. Los resultados de las fatigas analizadas fueron obtenidos realizando ensayos por el método de tensión indirecta en un equipo NAT y siguiendo el procedimiento establecido por la especificación prEN 12697-24E (CEN, 2005). La temperatura del ensayo y la frecuencia de carga fueron de 20°C y 2.5 Hz respectivamente. El tipo de carga ejecutado en el ensayo fue el de esfuerzo controlado. Las dimensiones de las muestras para los ensayos de fatigas son las mismas de las briquetas Marshall.

Con los resultados de esta fase se desarrolló una ecuación empírica que relaciona el cambio que experimenta la vida a fatiga de mezclas de concreto asfáltico con la rigidez.

2. Fase 2: utilizando la ecuación desarrollada con los resultados de la fase 1, y con base en los datos de evolución de la rigidez de la mezcla MDC-2 con el tiempo de exposición al medio ambiente, se determinó de manera aproximada el incremento en la resistencia a fatiga que experimenta dicha mezcla cuando es expuesta al clima de la ciudad de Bogotá D.C.

 

3. Resultados

En las Figuras 1a-b se presenta la evolución del módulo resiliente inicial (Eo, en MPa) de la mezcla MDC-2 (fabricada con CA 80-100 y CA 60-70 respectivamente) con la temperatura (T, en °C) y la frecuencia de carga (F, en Hz). Se observa un incremento típico del módulo cuando se aumenta la frecuencia de carga y disminuye la temperatura del ensayo. Esta evolución puede ser representada matemáticamente a través de la ecuación empírica (1). Para emplear esta ecuación, es necesaria la identificación de seis variables de estado obtenidas a través de regresiones. Para el caso de la mezcla analizada los valores de estas variables se presentan en la Tabla 7.

Estas variables no presentan un significado físico definido y cambian principalmente con el tipo de ligante, la granulometría y el tipo de agregado pétreo utilizado para la fabricación de las mezclas. La frecuencia de carga F en la Ecuación (1) puede ser traducida a velocidad del vehículo (V en cm/s) a través de la ecuación (2) propuesta por Lin (1989, 1989a).

(1)

(2)

tc es el tiempo de aplicación de carga en segundos de un vehículo en movimiento a diferentes profundidades (h en cm. y medida desde la superficie de la estructura del pavimento) y L es la longitud de contacto de la llanta con el pavimento (generalmente de 30 cm.).

Tabla 7. Variables para simular la rigidez de la mezcla MDC-2 en función de T y F

 

Figura 1. Evolución del módulo resiliente inicial (Eo) de la mezcla MDC-2 con la temperatura (T) y la frecuencia de carga (F). Mezcla fabricada con a) CA 80-100 y b) CA 60-70

En la Figura 2 se observa la evolución del módulo resiliente de las mezclas asfálticas con el tiempo. Se observa para las mezclas fabricadas con CA 80-100 y CA 60-70 (Figuras 2a y b respectivamente) un incremento típico del módulo cuando se aumenta la frecuencia de carga y disminuye la temperatura del ensayo. Para el caso de las mezclas fabricadas con CA 80-100, el módulo tiende a aumentar con el tiempo de exposición al ambiente (ver Figura 2a) y por lo tanto la resistencia a la deformación permanente aumenta (Figura 3). Este fenómeno es debido principalmente al envejecimiento por oxidación que experimenta el cemento asfáltico por efectos de temperatura y exposición a radiación ultra-violeta (UV).

Figura 2. Evolución del módulo resiliente (E) con el tiempo de envejecimiento (t) para mezclas fabricadas con a) CA 80-100 y b) CA 60-70

 

Figura 3. Evolución de la deformación vertical permanente con el tiempo de envejecimiento (t) para mezclas fabricadas con CA 80-100 y CA 60-70

 

Las mezclas fabricadas con CA 60-70 experimentan un comportamiento diferente en comparación con aquellas fabricadas con CA 80-100 (ver Figuras 2b y 3). En los primeros meses de exposición, las mezclas disminuyen su módulo aumentando las deformaciones permanentes, luego dicho módulo se estabiliza y por último la tendencia es a aumentar (especialmente cuando el ensayo se realiza con temperaturas entre 20 y 30°C) tendiendo a disminuir los valores de deformación. El decaimiento en el módulo es debido tal vez a la generación de micro-fisuras que se producen a bajas temperaturas cuando las mezclas son rígidas (comportamiento frágil), luego estas micro-fisuras se estabilizan y el aumento en rigidez se debe a un fenómeno de envejecimiento y oxidación del asfalto similar al que ocurre en las mezclas con CA 80-100. El fenómeno de micro-fisuración a bajas temperaturas ha sido ampliamente reportado por diversos investigadores (p.e., Kliewer et al., 1996; Sebaaly et al., 2002; Nesnas y Nunn, 2006).

El efecto del agua no es claro en los resultados observados ya que la humedad en las mezclas produce pérdida de adherencia entre el agregado pétreo y el asfalto, generando una posible disminución del módulo y de la resistencia mecánica. Investigaciones adicionales en esta área deben ser realizadas.

En la Figura 4 se presenta la relación (E/Eo) entre el módulo resiliente que se obtiene luego de someter las briquetas al ambiente durante distintos periodos de tiempo (E) y el módulo resiliente inicial de las mezclas en un tiempo t=0 meses (Eo). Para el caso de las mezclas fabricadas con CA 80-100, el módulo alcanzado en t=48 meses aumenta entre un 48 y 176% (dependiendo de la temperatura y frecuencia del ensayo) con respecto al inicial. El mayor incremento se observa a medida que aumenta la temperatura en el ensayo. Las mezclas con CA 60-70 experimentan una disminución máxima en su módulo de 35% en los primeros cinco meses de exposición para luego aumentar y experimentar en t=47 meses, módulos que superan ligeramente el valor inicial. Estos resultados pueden ser expresados matemáticamente a través de las ecuaciones (3a) y (3b) para las mezclas fabricadas con CA 80-100 y CA 60-70 respectivamente. Esta ecuación puede ser utilizada solamente para la mezcla analizada en el rango de tiempo evaluado (4748 meses) ya que se debe prever un cambio del comportamiento de la misma a medida que aumente t. Al igual que en la ecuación (1), en la (3) la variables estado k1-k3 son obtenidas a través de regresión y no presentan un significado físico definido (ver Tabla 8).

Ecuaciones empíricas regresionales que pueden reproducir la evolución del módulo resiliente con el tiempo de exposición al medio ambiente son enunciadas en (4a) y (4b) para las mezclas fabricadas con CA 80-100 y CA 60-70 respectivamente. Estas Ecuaciones son formuladas con base en las Ecuaciones (1) y (3). En la Figura 4 se presenta la simulación de los ensayos ejecutados empleando las ecuaciones (4a-b) y el coeficiente de correlación es r2=0.79.

Figura 4. Evolución de la relación entre el módulo resiliente (E) y el módulo inicial (E0) con el tiempo de envejecimiento (t)

 (3a)

(3b)

 (4a)

(4b)

Tabla 8. Variables para simular la rigidez de la mezcla MDC-2 en función del tiempo de exposición al medio ambiente

La Figura 5a presenta los resultados de los ensayos de fatiga realizados sobre 360 muestras de concreto asfáltico tipo MDC-1, MDC-2 y MDC-3. Se observa una disminución del valor de εmax (amplitud de la deformación para que el material falle cuando se aplican Nf ciclos de carga) a medida que incrementa el módulo resiliente de las mezclas (E), lo que equivale a un estado en el cual el material está cambiando su comportamiento de dúctil a frágil por rigidización. Estos resultados pueden ser representados matemáticamente a través de la Ecuación (5). Se escogió esta ecuación teniendo en cuenta que para un nivel muy pequeño de amplitud de deformación aplicado al material, el mismo puede soportar infinitas veces dicha amplitud sin que haya ruptura (concepto de límite de resistencia a la fatiga según Carpenter et al., 2003 y Reyes, 2003). Los valores de las variables de estado de la Ecuación (5) fueron determinados por regresión: k4=6.24x10-6, k5=0.48 y k6=15.79. Resultados similares a los encontrados en este estudio fueron reportados por Schmidt y Santucci (1969). A pesar de que el material admite menores deformaciones en tracción a medida que se rigidiza, la vida a fatiga o el número de ciclos para que el mismo falle (Nf) aumenta tal como se describe en la ecuación (6) (ver Figura 6). Estos resultados son acordes con aquellos reportados en la literatura de referencia.

(5)

(6)

Figura 5. Evolución de εmax con E

Figura 6. Evolución del número de ciclos de falla con σ/Ε

Si las ecuaciones (4-5) se fusionan se obtiene, el cambio que experimenta εmax con la evolución de la rigidez de las mezclas sometidas al medio ambiente de la ciudad de Bogotá D.C. Utilizando estas ecuaciones se puede predecir que la deformación a tracción admisible de la mezcla disminuirá, desde tinicial=0 hasta t=29 meses, entre 55 a 64% tan solo por el efecto de aumento de rigidez que experimenta cuando es sometida a las condiciones ambientales de la ciudad de Bogotá D.C. De la misma forma, a través de la ecuación (6) se reporta, para el mismo periodo de tiempo, un incremento promedio de la vida a fatiga de 6.85 veces por el efecto de rigidización de la mezcla. A partir de t=30 hasta t=48 meses el efecto de la rigidez disminuye y la mezcla experimentará un aumento en la vida a fatiga de 10 veces por efecto de rigidización desde tinicial=0 hasta tinicial=48 meses.

El análisis para el caso de la vida a fatiga de las mezclas fabricadas con CA 60-70 es mucho más complejo ya que en los primeros meses de exposición al medio ambiente, la rigidez decae en promedio un 12.8% generando una disminución en la vida a fatiga de la mezcla de 33%. Sin embargo, entre t=5 y tfinal =47 meses vuelve e incrementa la rigidez generando al final del periodo de exposición un leve incremento promedio en la vida a fatiga de 38% con respecto a tinicial=0 meses.

 

4. Conclusiones

En este estudio se ejecutó una fase experimental destinada a medir la influencia de las condiciones climáticas de la ciudad de Bogotá D.C. sobre la rigidez y la vida a fatiga de una mezcla de concreto asfáltico tipo MDC-2 fabricada con cemento asfáltico tipo CA 80100 y CA 60-70. De los resultados se concluye que el módulo resiliente de este tipo de mezcla fabricada con CA 80-100, incrementa en promedio durante 48 meses de exposición al medio ambiente 2.17 veces. Este incremento en rigidez genera un incremento aproximado de 10 veces en la vida a fatiga de la mezcla tan solo por el efecto de rigidización del ligante asfáltico producto del envejecimiento del mismo. Para el caso de las mezclas fabricadas con CA 60-70 el incremento en la vida a fatiga durante los 47 meses de exposición fue tan solo de 38% ya que en los primeros 5 meses de exposición dicha propiedad disminuyó posiblemente por micro-fisuración térmica que experimentó la mezcla a bajas temperaturas. El aumento en rigidez de las mezclas generó un incremento obvio en la resistencia al fenómeno de ahuellamiento.

Los resultados de fatiga presentados con anterioridad son validos para el caso en el que la mezcla analizada conforme capas asfálticas gruesas, en donde el modo de carga es el de esfuerzo controlado. Así mismo son válidos para condiciones en las cuales el pavimento esté sometido solo a condiciones del medio ambiente y para el periodo de tiempo analizado. Actualmente el grupo de investigación está evaluando de manera conjunta el efecto de las cargas, el cambio en la composición química del ligante y el medio ambiente para poder entender con claridad cómo evolucionan los mecanismos de daño en capas asfálticas.

 

5. Referencias

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E-mail: harondonq@udistrital.edu.co

Fecha de recepción: 22/ 08/ 2011 Fecha de aceptación: 13/ 03/ 2012